微膠囊抗菌紡織品研發(fā)進(jìn)展

劉優(yōu)昌，姜 毅，韋繼超

(1.青島市纖維紡織品檢驗(yàn)研究院，山東 青島 266000；2.青島市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 青島 266000；3.山東省紡織建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

功能性紡織品具有抗菌抑菌、芳香、拒水、遠(yuǎn)紅外發(fā)射、抗靜電、防紫外線等功能，可滿足消費(fèi)者不同使用場景下的個(gè)性化需求，受到市場的青睞。近年來，由于新冠疫情的影響，人們愈加重視紡織品的抗菌、抗病毒功能，因此紡織品的抗菌功能整理技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。常見的紡織品抗菌功能性整理技術(shù)有纖維改性、織物浸軋、織物噴涂和織物涂層等，利用這些方式將抗菌整理劑均勻地分布在纖維、織物的內(nèi)部或表面，賦予其抗菌功能。隨著織物整理技術(shù)的發(fā)展，微膠囊技術(shù)因具有緩釋性能和隔離性能[1]，可使整理后的織物長久保持抗菌性的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于抗菌紡織品的制備。本文介紹了抗菌微膠囊的制備工藝及在紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對抗菌紡織品的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 抗菌微膠囊制備工藝

微膠囊技術(shù)是指用穩(wěn)定性較好的膜材將一些活性較高、易揮發(fā)或具有某種功能的固體或液體包封形成微小顆粒的技術(shù)。微膠囊的制備工藝較多[2]，主要分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。其中物理法主要包括：噴霧干燥法、噴霧冷凍法、冷凍干燥法、空氣懸浮法、包結(jié)絡(luò)合法、擠壓法、共結(jié)晶法、離心法、溶劑蒸發(fā)法等；化學(xué)法主要包括：原位聚合法、界面聚合法、界面配位法、輻射化學(xué)法、乳化法、銳孔-凝固浴法；物理化學(xué)法主要包括：水相相分離法(包括單凝聚法和復(fù)凝聚法)、油相相分離法、界面沉積法、干燥浴法?？咕⒛z囊的主要制備工藝為化學(xué)法和物理化學(xué)法。

1.1 化學(xué)法

1.1.1界面聚合法

界面聚合法是指反應(yīng)發(fā)生在兩種溶劑體系的接觸界面上，每種溶劑體系都含有反應(yīng)物，在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，每種溶劑體系的反應(yīng)物均由兩相內(nèi)部向界面移動(dòng)，聚合成膜材實(shí)現(xiàn)對芯材的包封。界面聚合法適用于液態(tài)芯材的包封，具有反應(yīng)速度快、條件溫和、易操作的優(yōu)點(diǎn)。張微微[3]使用界面聚合法制備了椒樣薄荷油聚氨酯微膠囊，探究了乳化劑種類、乳化劑用量、精油用量和單體用量等對椒樣薄荷油聚氨酯微膠囊微觀形貌和粒徑的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)阿拉伯膠用量為1.5%，精油用量為10%，單體用量為20%時(shí)，球形椒樣薄荷油聚氨酯微膠囊的平均粒徑為1.68 μm、負(fù)載率為29.01%，椒樣薄荷油中94.64%的物質(zhì)被成功包覆，且該微膠囊對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有一定抗菌性。進(jìn)一步將茶樹精油、薰衣草精油和紫蘇葉油進(jìn)行復(fù)配，當(dāng)阿拉伯膠用量為2.0%，精油用量為7.5%，單體用量為10%時(shí)，球形復(fù)配精油聚氨酯微膠囊的平均粒徑為2.73 μm、負(fù)載率為59.01%，且該微膠囊對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌性。

1.1.2銳孔-凝固浴法

銳孔-凝固浴法是指將芯材和膜材溶于溶劑中，形成兩種溶液，借助微型銳孔裝置將一種溶液滴加到另外一種溶液中，而后在凝固浴的作用下，兩種溶液中的分子結(jié)合形成具有膜結(jié)構(gòu)的微型顆粒或小球。張德雄等人[4]采用銳孔-凝固浴法，使用殼聚糖和海藻酸鈉包覆柚皮素，制備了載柚皮素微膠囊，發(fā)現(xiàn)當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，海藻酸鈉與柚皮素的投料質(zhì)量比為11∶1時(shí)，載柚皮素微膠囊包封率為84%，具有良好的緩釋效果，體外緩釋時(shí)間達(dá)60 h以上，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌性。

1.2 物理化學(xué)法

1.2.1復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法常用于油溶性芯材的微膠囊化，其以兩種或兩種以上帶有相反電荷的水溶性物質(zhì)為膜材，將芯材加入向膜材溶液形成O/W型乳液，通過改變混合體系中溫度、濃度或者加入無機(jī)鹽等使混合體系發(fā)生液-液相的分離，即膜材物質(zhì)形成不溶于水的復(fù)合凝聚物(復(fù)凝物)，沉積于芯材表面，進(jìn)而形成微膠囊。復(fù)凝聚反應(yīng)條件溫和、易操作、安全性好，微膠囊的產(chǎn)率和包埋率較高。翟媛媛等人[5]以明膠和殼聚糖為膜材，艾草精油為芯材，采用復(fù)凝聚法開發(fā)了緩釋型芳香抑菌微膠囊，提高了艾草精油的釋放周期，以包埋率為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法探究了艾草精油微膠囊的最佳制備工藝。芯壁比、復(fù)凝聚pH與攪拌速度3個(gè)響應(yīng)因子對艾草精油微膠囊包埋率的影響順序?yàn)椋盒颈诒?復(fù)凝聚pH>攪拌速度，最佳制備工藝為：當(dāng)芯壁比為1∶1、復(fù)凝聚pH值為5.9、攪拌速度為600 rpm時(shí)，微膠囊的平均包埋率為67.58%。

1.2.2油相相分離法

油相相分離法是在水溶性固體或液體芯材與膜材的混合溶液中，加入非溶劑或不良溶劑、凝聚劑、凝聚誘導(dǎo)劑，或通過改變溫度或pH使聚合物的溶解度降低，從溶液中凝聚出來，沉積在被包裹的芯材表面形成微膠囊的方法。陳紅梅[6]利用油相分離法，以甲殼素為膜材，以天然抗氧化劑茶多酚為芯材，制備了茶多酚微膠囊，探究了原料配比、交聯(lián)劑用量對茶多酚包含量、釋放速率的影響，發(fā)現(xiàn)茶多酚微膠囊化后4 h時(shí)，其瞬時(shí)釋放量達(dá)到最大，隨后可緩釋12 h以上，12 h時(shí)的累積釋放量約為90%。膠囊化保護(hù)了茶多酚且延長了其抗氧化時(shí)間。

2 抗菌微膠囊在紡織品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，微膠囊技術(shù)已應(yīng)用于紡織品的多個(gè)領(lǐng)域，如印染、功能纖維及功能織物等，其中抗菌微膠囊主要通過與纖維紡絲液共混制備抗菌纖維或以抗菌整理劑的形式通過浸軋整理制備抗菌紡織品。

2.1 共混紡絲

共混紡絲是指將抗菌微膠囊與黏膠纖維等紡絲液共混后，通過濕法紡絲等方式，制備抗菌纖維。邢上上等人[7]將具有抗菌功能的薄荷精油微膠囊和甜羅勒提取物水溶液與黏膠纖維紡絲液共混，采用濕法紡絲工藝制備了抗菌黏膠纖維，通過測試發(fā)現(xiàn)：與普通黏膠纖維相比，該抗菌黏膠纖維的干、濕態(tài)斷裂強(qiáng)度分別降低0.22 cN/dtex、0.14 cN/dtex，干、濕態(tài)斷裂伸長率分別增加0.87%、1.48%，回潮率增加1.51%，未水洗及水洗20次后對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌的抑菌率分別達(dá)到96.50%、99.12%、79.35%和93.42%、91.53%、76.43%。吳嬌等人[8]將植物中藥抗菌防螨微膠囊與含有苦木成分的黏膠紡絲液共混紡絲，制得植物中藥抗菌防螨黏膠纖維，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)：植物中藥抗菌防螨微膠囊平均粒徑約為1.5 μm，植物中藥抗菌防螨黏膠纖維的熱分解溫度較普通黏膠纖維低4 ℃，強(qiáng)力略有下降，抗菌、防螨性能較好，滿足紡織加工要求。

2.2 浸軋整理

浸軋整理是指將抗菌微膠囊與粘合劑等制成織物抗菌整理劑，通過浸軋、烘干等工序，使抗菌微膠囊粘附于織物表面或內(nèi)部制備抗菌織物。歐陽旭[9]利用原位聚合法，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)為單體，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)為共聚單體，以具有芳香和抑菌性的香茅油作為芯材，制備了芳香抑菌微膠囊，并將納米銀粒子負(fù)載在微膠囊膜材上，以增強(qiáng)抑菌效果，測試發(fā)現(xiàn)：載銀芳香抑菌微膠囊呈石榴型，粒徑約為2 μm～20 μm，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌都有抑菌效果。將芳香抑菌微膠囊通過二浸二軋工藝整理到織物上，發(fā)現(xiàn)整理后織物香味釋放周期可達(dá)三個(gè)月以上，當(dāng)微膠囊濃度為6.75%時(shí)，織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌率分別達(dá)99.9%、97.6%，且具有一定的耐水洗性。孫麗娟[10]采用銳孔-凝固浴法，以海藻酸鈉和氯化鈣作為壁材，艾草提取物為芯材，制備了艾草提取物微膠囊，測試發(fā)現(xiàn)：艾草提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，產(chǎn)率為66.17%，包覆率為98.15%，緩釋時(shí)間達(dá)350 h。將此微膠囊用于粘膠纖維水刺非織造材料表面整理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)微膠囊中艾草提取物含量為3%時(shí)，對金黃色葡萄球菌具有優(yōu)異的抗菌效果。

3 抗菌微膠囊整理技術(shù)的發(fā)展趨勢

抗菌微膠囊整理技術(shù)雖在紡織品領(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用，但目前還存在功能單一，抗菌周期不長，不耐洗等問題，針對此類問題的技術(shù)改進(jìn)，是抗菌微膠囊整理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。

3.1 多功能微膠囊研發(fā)

針對抗菌微膠囊功能單一的問題，可通過復(fù)配膜/芯材的方式，使微膠囊具有除抗菌功能外的多種功能。鐘晴[11]采用原位乳液聚合法，以苯乙烯-馬來酸酐共聚物為乳化劑，聚甲基丙烯酸甲酯-氧化鋅復(fù)合材料為膜材、正十四醇為芯材，制備了具有較高相變潛熱、良好光降解性能和抗菌活性的新型多功能微膠囊相變儲能材料，測試發(fā)現(xiàn)：該多功能微膠囊包覆率均超過90%，隨著乙酸鋅用量的增加，其儲熱性能減弱，對甲基藍(lán)具有較好的光催化降解性能，同時(shí)對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抗菌性。

3.2 提升抗菌微膠囊耐久性

抗菌微膠囊的耐洗性差及抗菌周期不長，是限制抗菌微膠囊應(yīng)用的因素之一。王輝[12]采用復(fù)凝法制備了艾草精油微膠囊并將其應(yīng)用于整理棉織物，以抗菌性能為指標(biāo)確定的艾草精油微膠囊整理棉織物最佳工藝為：微膠囊30 g/L、水性聚氨酯100 g/L、在130℃焙烘3 min，制備的抗菌棉織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達(dá)97.42%和95.70%，且放置35天后棉織物的抑菌率仍在85%以上，經(jīng)50次洗滌后織物的抑菌率仍在80%以上，具有良好的抗菌耐久性能。

4 結(jié)語

抗菌微膠囊因具有抗菌作用周期長，可實(shí)現(xiàn)對抗菌物質(zhì)的有效保護(hù)，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已在抗菌纖維、抗菌紡織品等領(lǐng)域得到廣泛使用?，F(xiàn)階段，抗菌微膠囊整理功能單一，抗菌周期不長，不耐洗等仍是影響其大規(guī)模應(yīng)用的主要因素之一，而針對這些問題的多功能微膠囊研發(fā)、提升抗菌微膠囊耐久性是抗菌微膠囊整理技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。